DE69838880T2 - PRESSURE CONTACT SEMICONDUCTOR DEVICE - Google Patents

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Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Aufbau einer Druckkontakt-Halbleitervorrichtung, die für einen Leistungswandler verwendet wird.The The present invention relates to the structure of a pressure-contact type semiconductor device. the for a power converter is used.

Stand der TechnikState of the art

Auf dem Gebiet von elektronischen Vorrichtungen mit großer elektrischer Leistung ist ein dämpfungsfreier GCT-Thyristor (GST – Gate-Communtated Turn-off, also ein Thyristor, bei dem der Abschaltvorgang durch Spannungspulse am Gate gesteuert wird) mit einem höchsten Auslösestrom von 4000 A und einer Abschaltespeicherzeit von nicht mehr als 3 μs als Ersatz für einen herkömmlichen GTO-Tyristor (GTO – Gate Turn-off, also Gate-Abschaltthyristor) ausgeführt, um der Anforderung nach einer höheren Stehspannung und einem höheren Strom gerecht zu werden.On the field of electronic devices with large electrical Performance is a loss-free GCT thyristor (GST - Gate-Communtated Turn-off, so a thyristor, in which the shutdown by Voltage pulses at the gate is controlled) with a highest tripping current of 4000 A and a turn-off storage time of not more than 3 μs as a replacement for one usual GTO-Tyristor (GTO - Gate Turn-off, so gate turn-off thyristor) executed to the requirement for a higher withstand voltage and a higher one To meet electricity.

Das Funktionsprinzip des GCT-Thyristors und sein Aufbau sind beispielsweise in den europäischen Patentanmeldungen EP0785627A2 und EP0746021A2 , der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 8-330572 und in Mitsubishi Denki Giho Band 71, Nr. 12, S. 61-66 beschrieben. Seine Charakteristika lassen sich wie folgt zusammenfassen: Und zwar ist beim GCT-Thyristor die Form eines Gate-Anschlusses, der mit einer Kreis-Gate-Elektrode in Kontakt kommt und aus einer Isolatorröhre herausgezogen ist, von einer Anschlussform des herkömmlichen GTO-Thyristors zu einer Ringform angeändert, während auch eine Verbindung zwischen dem GCT-Thyristor und einer Gate-Treiberschaltung von einer Zuleitungsdrahtstruktur des GTO-Thyristors zu einer aus einem Mehrschichtsubstrat bestehenden Struktur weiterentwickelt ist. Somit wird die Induktivität des Gate-Anschlusses und eines Gate-Drahts auf ca. 1/100 der Induktivität des GTO-Thyristors gesenkt, und es ist möglich, einen Steuerstrom mit einer rückläufigen Richtung, der in einer Abschaltzeit eingespeist wird, von der gesamten Umfangsfläche der Gate-Elektrode her isotropisch zuzuführen, während gleichzeitig auch eine Verkürzung der Abschaltspeicherzeit ermöglicht wird. Was den Wafer-Aufbau des GCT-Thyristors betrifft, so sind Tausende von Segmenten konzentrisch auf eine parallele Weise in einer mehrstufigen Struktur angeordnet, und eine Gate-Elektrodenzone, die eine Grenzfläche mit der Gate Elektrodebildet, ist, ähnlich wie beim Wafer-Aufbau des herkömmlichen GTO-Thyristors, am äußersten Umfangsabschnitt dieser Struktur angeordnet.The functional principle of the GCT thyristor and its structure are described, for example, in the European patent applications EP0785627A2 and EP0746021A2 , of the Japanese Patent Publication No. 8-330572 and in Mitsubishi Denki Giho Vol. 71, No. 12, pp. 61-66. Its characteristics can be summarized as follows: Namely, in the GCT thyristor, the shape of a gate terminal that comes in contact with a circular gate electrode and is pulled out of an insulator tube, from a terminal of the conventional GTO thyristor to one Changed ring shape, while also a connection between the GCT thyristor and a gate driver circuit is further developed by a lead wire structure of the GTO thyristor to a structure consisting of a multilayer substrate. Thus, the inductance of the gate terminal and a gate wire is lowered to about 1/100 of the inductance of the GTO thyristor, and it is possible to supply a control current having a decreasing direction, which is fed in a turn-off time, from the entire peripheral surface The gate electrode is supplied isotropically, while at the same time a shortening of the shutdown storage time is made possible. As for the wafer structure of the GCT thyristor, thousands of segments are arranged concentrically in a parallel manner in a multi-stage structure, and a gate electrode zone forming an interface with the gate electrode is similar to the wafer structure of FIG conventional GTO thyristor disposed at the outermost peripheral portion of this structure.

3 ist eine Längsschnittansicht, die den Aufbau einer herkömmlichen GCT-Vorrichtung 1P inklusive eines externen Gate-Treibers 2P zum Regeln/Steuern der GCT-Vorrichtung 1P zeigt. Da die GCT-Vorrichtung 1P einen seitlich symmetrischen Aufbau in Bezug auf eine Mittelachse CAP hat, ist nur eine Seite von ihr in 3 gezeigt. 3 is a longitudinal sectional view showing the structure of a conventional GCT apparatus 1P including an external gate driver 2P for controlling the GCT device 1P shows. As the GCT device 1P has a laterally symmetrical structure with respect to a central axis CAP, only one side of it is in 3 shown.

Jedes Bezugszeichen in 3 bezeichnet die folgenden Bauteile: Und zwar handelt es sich bei Stapelelektroden 3P um Elektroden, um die GCT-Vorrichtung 1P mit Druck zu beaufschlagen und einen Strom abzuziehen. 4P ist ein Halbleitersubstrat (Wafer), und eine Gate-Elektrode 4Pa aus Aluminium, die mit einer Gate-Elektrodenzone in Kontakt kommt, ist in Form eines Rings am äußersten Umfangsabschnitt ihrer ersten Hauptfläche ausgebildet, während mehrere Kathodenelektroden 4Pb auf der ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 4P im Inneren der Gate-Elektrode 4Pa konzentrisch ausgebildet sind. 5P und 6P sind eine Kathodenverzerrungsdämpfungsplatte bzw. eine Kathodennachelektrode, die aufeinanderfolgend auf die Kathodenelektroden 4Pb des Halbleitersubstrats 4P aufgesetzt werden, eine nicht dargestellte Anodenelektrode ist vollständig auf einer zweiten Hauptfläche (Fläche, die der ersten Hauptfläche entgegengesetzt ist) ausgebildet, die der Rückseite des Halbleitersubstrats 4P entspricht, und eine Anodenverzerrungsdämpfungsplatte 7P und eine Anodennachelektrode 8P werden aufeinanderfolgend auf diese Anodenelektrode aufgesetzt. 9P ist eine Kreis-Gate-Elektrode, deren erste Fläche (Unterseite) mit der Gate-Elektrode 4Pa des Halbleitersubstrats 4P in Flächenkontakt kommt, 10P ist ein ringförmiger Gate-Anschluss einer Metallplatte (bei der es sich beispielsweise um eine Eisen-/42%-Nickellegierung handelt), und ein innenumfangsseitiger Endabschnitt seines Innenumfangsflächenteils 10PI ist verschiebbar auf einer zweiten Fläche (einer Oberseite, die der zuvor erwähnten ersten Fläche entgegengesetzt ist) der Kreis-Gate-Elektrode 9P ausgebildet. Darüber hinaus drückt ein elastischer Körper 11P wie etwa eine Tellerfeder oder eine gewellte Feder die Kreis-Gate-Elektrode 9P durch einen ringförmigen Isolator 12P zusammen mit dem zuvor erwähnten Endabschnitt des Innenumfangsflächenteils 10PI des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10P gegen die Gate-Elekrode 4Pa. Aufgrund dieses Andrückens werden die Gate-Elektrode 4Pa, die Kreis-Gate-Elektrode 9P und der kreisförmige Gate-Anschluss 10P elektrisch miteinander verbunden. 13P ist eine Isolierschicht, um die Kreis-Gate-Elektrode 9P von der entgegengesetzten Kathodenverzerrungsdämpfungsplatte 5P und der Kathodennachelektrode 6P zu isolieren. Der kreisförmige Gate-Anschluss 10P ist darüber hinaus durch ein Zwischenteil oder feststehendes Teil 10PF und, zusätzlich zu dem zuvor erwähnten Innenumfangsflächenteil 10PI, durch ein Außenumfangsflächenteil 10PO gebildet, und ein gebogenes Teil 10Pd ist auf einem nicht in Flächenkontakt mit der Kreis-Gate-Elektrode 9P stehenden Abschnitt im Innenumfangsflächenteil 10PI vorgesehen, während ein gebogenes Teil 10Pa auch auf einem Zwischenabschnitt des Außenumfangsflächenteils 10PO ausgebildet ist.Each reference number in 3 refers to the following components: these are stacked electrodes 3P around electrodes to the GCT device 1P apply pressure and draw off a stream. 4P is a semiconductor substrate (wafer), and a gate electrode 4 Pa Aluminum, which comes into contact with a gate electrode zone, is formed in the form of a ring at the outermost peripheral portion of its first main surface, while a plurality of cathode electrodes 4Pb on the first main surface of the semiconductor substrate 4P inside the gate electrode 4 Pa are formed concentrically. 5P and 6P are a cathode distortion attenuation plate and a cathode etching electrode, respectively, successively on the cathode electrodes 4Pb of the semiconductor substrate 4P An anode electrode, not shown, is formed entirely on a second major surface (surface opposite to the first major surface), that of the rear side of the semiconductor substrate 4P corresponds, and an anode distortion attenuation plate 7P and an anode electrode 8P are successively placed on this anode electrode. 9P is a circular gate electrode whose first surface (bottom) is connected to the gate electrode 4 Pa of the semiconductor substrate 4P comes in surface contact, 10P is an annular gate terminal of a metal plate (which is, for example, an iron / 42% nickel alloy), and an inner peripheral end portion of its inner peripheral surface part 10PI is slidable on a second surface (an upper surface opposite to the aforementioned first surface) of the circular gate electrode 9P educated. In addition, an elastic body pushes 11P such as a diaphragm spring or a corrugated spring, the circular gate electrode 9P through an annular insulator 12P together with the aforementioned end portion of the inner peripheral surface part 10PI of the circular gate terminal 10P against the gate electrode 4 Pa , Due to this pressing, the gate electrode becomes 4 Pa , the circular gate electrode 9P and the circular gate terminal 10P electrically connected to each other. 13P is an insulating layer around the circular gate electrode 9P from the opposite cathode distortion attenuation plate 5P and the cathode electrode 6P to isolate. The circular gate connection 10P is also by an intermediate part or fixed part 10PF and, in addition to the aforementioned inner peripheral surface part 10PI through an outer peripheral surface part 10PO formed, and a bent part 10Pd is not in surface contact with the circular gate electrode 9P standing section in the inner peripheral surface part 10PI provided while a bent part 10Pa also on an intermediate portion of the outer peripheral surface part 10PO is trained.

Andererseits ist 14P eine aus Keramik bestehende Isolatorröhre, die durch das Zwischenteil 10PA des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10P vertikal unterteilt ist und ein Vorsprungsteil 14Pa hat. Das feststehende Teil 10PA des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10P und die Isolatorröhre 14P sind durch Anlöten luftdicht aneinander befestigt. In einem Teil des Außenumfangsflächenteils 10PO des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10P, der von der Außenumfangsseitenfläche der Isolatorröhre 14P nach außen gezogen ist, die etwas näher an der Seite des Innenumfangsabschnitts ist als ihr Außenumfangsende, sind mehrere Befestigungsöffnungen 10Pb in vorbestimmten Abständen zur Umfangsrichtung hin vorgesehen, um diesen kreisförmigen Gate-Anschluss 10P an den Gate-Treiber 2P anzuschließen. Darüber hinaus sind ein Endteil 14Pb1 eines ersten L-förmigen Abschnitts, der so gebogen ist, dass er von einer Oberseite der Isolatorröhre 14P nach außen vorsteht, und ein Endabschnitt eines ringförmigen ersten Flanschs 15P durch Lichtbogenschweißen luftdicht befestigt, und ein Endteil 14Pb2 eines zweiten L-förmigen Abschnitts, der von der Unterseite der Isolatorröhre 14P vorsteht, und ein Endabschnitt eines zweiten Flanschs 16P sind auch auf ähnliche Weise luftdicht durch Lichtbogenschweißen befestigt. Andere Endabschnitte des ersten und zweiten Flanschs 15P und 16P sind an Teilen von gekerbten Einschnitten der Kathodennachelektrode 6P bzw. der Anodennachelektrode 8P befestigt. Somit befindet sich die GCT-Vorrichtung 12 in einer nach außen hin geschlossenen Struktur. Dieses Innere ist mit Inertgas gefüllt.On the other hand 14P a ceramic insulator tube through the intermediate part 10PA of the circular gate terminal 10P is vertically divided and a projection part 14 pa Has. The fixed part 10PA of the circular gate terminal 10P and the insulator tube 14P are attached by soldering airtight to each other. In a part of the outer peripheral surface part 10PO of the circular gate terminal 10P from the outer peripheral side surface of the insulator tube 14P pulled outward, which is slightly closer to the side of the inner peripheral portion than its outer peripheral end, are a plurality of fastening openings 10Pb provided at predetermined intervals to the circumferential direction, around this circular gate terminal 10P to the gate driver 2P to join. In addition, an end part 14Pb1 a first L-shaped portion bent so as to be from a top of the insulator tube 14P protrudes outwardly, and an end portion of an annular first flange 15P Airtightly fixed by arc welding, and an end part 14Pb2 a second L-shaped portion extending from the bottom of the insulator tube 14P protrudes, and an end portion of a second flange 16P are also hermetically fixed by arc welding in a similar manner. Other end portions of the first and second flanges 15P and 16P are at portions of notched cuts of the cathode niche electrode 6P or the anode anode electrode 8P attached. Thus, the GCT device is located 12 in an externally closed structure. This interior is filled with inert gas.

Darüber hinaus ist 17P eine plattenförmige Steuerelektrode, die durch eine ringförmige Metallplatte gebildet ist, die konzentrisch mit dem kreisförmigen Gate-Anschluss 10P angeordnet ist und durch die Stapelelektrode 3P in Druckkontakt mit der Kathodennachelektrode 6P gebracht wird. Eine plattenförmige Steuer-Gate-Elektrode 18P, die durch eine ringförmige Metallplatte gebildet ist, ist ähnlich wie die plattenförmige Steuerelektrode 17P konzentrisch mit dem kreisförmigen Gate-Anschluss 10P angeordnet und in ihrem innenumfangsseitigen Endabschnitt elektrisch mit dem außenumfangsseitigen Endabschnitt des Außenumfangsflächenteils 10PO des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10P verbunden. Beide Elektroden 17P und 18P sind so ausgelegt, dass sie durch ein Isoliersubstrat 30P ein Mehrschichtsubstrat bilden. Der Anschluss der beiden Elektroden 17P und 18P an die GCT-Vorrichtung 1P erfolgt durch die folgenden Teile 19P und 20P: Und zwar ist 19P eine Isolierhülse, um den kreisförmigen Gate-Anschluss 10P und die plattenförmige Steuer-Gate-Elektrode 18P von der plattenförmigen Steuerelektrode 17P zu isolieren, 20P ist ein Verbindungsteil, das aus einem Steckbolzen, einer Mutter u. dgl. besteht, um den kreisförmigen Gate-Anschluss 10P und die plattenförmige Steuer-Gate-Elektrode 18P zwischen der plattenförmigen Steuerelektrode 17P und der plattenförmigen Steuer-Gate-Elektrode 18P durch die Isolierhülse 19P elektrisch miteinander zu verbinden, und die Mutter im Verbindungsteil 20P erstreckt sich durch eine Befestigungsöffnung, die in der plattenförmigen Steuer-Gate-Elektrode 18P in Übereinstimmung mit der Befestigungsöffnung 10Pb vorgesehen ist. Die plattenförmige Steuerelektrode 17P und die plattenförmige Steuer-Gate-Elektrode 18P sind jeweils direkt an den Gate-Treiber 2P angeschlossen.In addition, it is 17P a plate-shaped control electrode formed by an annular metal plate concentric with the circular gate terminal 10P is arranged and through the stack electrode 3P in pressure contact with the cathode electrode 6P is brought. A plate-shaped control gate electrode 18P formed by an annular metal plate is similar to the plate-shaped control electrode 17P concentric with the circular gate connection 10P disposed and electrically in its inner peripheral end portion with the outer peripheral side end portion of the outer peripheral surface portion 10PO of the circular gate terminal 10P connected. Both electrodes 17P and 18P are designed to pass through an insulating substrate 30P form a multilayer substrate. The connection of the two electrodes 17P and 18P to the GCT device 1P is done by the following parts 19P and 20P : And that is 19P an insulating sleeve around the circular gate terminal 10P and the plate-shaped control gate electrode 18P from the plate-shaped control electrode 17P isolate, 20P is a connecting part, which consists of a socket pin, a nut u. Like. To the circular gate terminal 10P and the plate-shaped control gate electrode 18P between the plate-shaped control electrode 17P and the plate-shaped control gate electrode 18P through the insulating sleeve 19P electrically connect with each other, and the nut in the connection part 20P extends through a mounting hole formed in the plate-shaped control gate electrode 18P in accordance with the mounting hole 10Pb is provided. The plate-shaped control electrode 17P and the plate-shaped control gate electrode 18P are each directly to the gate driver 2P connected.

Obwohl aufgrund der Entwicklung des vorstehend erwähnten GCT-Thyristors eine größere Kapazität und eine höhere Geschwindigkeit einer Halbleitervorrichtung für Leistungselektronik erzielbar wurden, werden eine viel höhere Kapazität und eine viel höhere Geschwindigkeit des GCT-Thyristors gefordert. Bei der praktischen Umsetzung dieser Anforderung treten jedoch neue Probleme aus, die nachstehend aufgezeigt sind.Even though Due to the development of the above-mentioned GCT thyristor, a larger capacity and a higher Speed of a semiconductor device for power electronics were achieved, be a much higher capacity and a much higher one Speed of the GCT thyristor required. In the practical Implementation of this requirement, however, poses new problems that are shown below.

Und zwar muss die Anzahl von GCT-Segmenten, die parallel miteinander angeschlossen sind, erhöht werden, um eine weitere Verbesserung beim Auslösestrom zu erzielen. Um diese Anforderung zu erfüllen, ist es (i) notwendig, eine Vergrößerung des Durchmessers des Halbleitersubstrats 4P vorzunehmen, und (ii) ist es notwendig, einen gleichmäßigen Funktionsablauf jedes Segments im Halbleitersubstrat 4P auch dann aufrechtzuerhalten, wenn solch eine weitere Vergrößerung des Durchmessers vorgenommen wird. Deshalb muss als Reaktion auf die vorgenommene Vergrößerung des Durchmessers des Halbleitersubstrats 4P ein Aufbau zum gleichmäßigen Zuführen eines Steuerstroms in einer Einschaltzeit zu einer ganzen Gate-Elektrodenzone, die am äußersten Umfangsabschnitt des Halbleitersubstrats 4P ausgebildet ist, implementiert und gleichzeitig ein Rückwärtssteuerstrom in einer Abschaltezeit gleichmäßig aus der ganzen Gate-Elektrodenzone abgezogen werden. Ein GCT-Element stellt seine Auslösefähigkeit insbesondere dadurch sicher, dass es den Steuerstrom unverzüglich mit einem Gradienten von mehreren 1000 A/μs auf einen Wert umstellt, der im Wesentlichen gleich dem Auslösestrom ist, und somit ist der Punkt der, wie gleichmäßig der Gate-Elektrodenzone ein Signal geliefert werden soll, um das Halbleitersubstrat gleichmäßig funktionieren zu lassen.Namely, the number of GCT segments connected in parallel must be increased in order to further improve the tripping current. To meet this requirement, it is necessary to (i) increase the diameter of the semiconductor substrate 4P and (ii) it is necessary to have a smooth operation of each segment in the semiconductor substrate 4P even if such a further enlargement of the diameter is made. Therefore, in response to the increase in the diameter of the semiconductor substrate made 4P a structure for uniformly supplying a control current in a turn-on time to a whole gate electrode zone, which at the outermost peripheral portion of the semiconductor substrate 4P is implemented, and at the same time a reverse control current in a turn-off time are uniformly subtracted from the entire gate electrode zone. In particular, a GCT element ensures its tripping capability by instantaneously switching the control current with a gradient of several 1000 A / μs to a value substantially equal to the tripping current, and thus the point of how uniform the gate current is. Electrode zone is to be supplied with a signal to make the semiconductor substrate function evenly.

Bei der in 3 gezeigten GCT-Vorrichtung 1P nach dem herkömmlichen Aufbau führen jedoch ein Befestigungsaufbau eines GCT-Elements (der einem Abschnitt entspricht, der hier das Mehrschichtsubstrat 17P und 18P aus der GCT-Vorrichtung 1P ausschließt) und der externe Gate-Treiber 2P durch das Mehrschichtsubstrat 17P und 18P und eine Streuung des Einbauzustands von diesen häufig zu solch einer Situation, dass dem kreisförmigen Gate-Anschluss 10P des GCT-Elements kein gleichmäßiger Steuerstrom zugeführt wird.At the in 3 shown GCT device 1P however, according to the conventional structure, a mounting structure of a GCT element (corresponding to a section here the multilayer substrate 17P and 18P from the GCT device 1P excludes) and the external gate driver 2P through the multilayer substrate 17P and 18P and a dispersion of the installed state of these frequently to such a situation that the circular gate terminal 10P no uniform control current is supplied to the GCT element.

4 ist eine Draufsicht der GCT-Vorrichtung 1P, die dieses Problem typisch zeigt, und diese 4 zeigt das Mehrschichtsubstrat 17P, 18P und 30P von 3 als Mehrschichtsubstrat 21 auf eine integrierte Weise. Das heißt, Details einer Längsschnittansicht, die auf eine Schnittlinie I-II in 4 bezogen sind, entsprechen 3, und 4 zeigt lediglich den Einbauzustand des Mehrschichtsubstrats 21 und des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10P auf eine typische Weise. Wie in dieser 4 gezeigt sind, sind Stromwege IP1 zu einem Teil von Befestigungsteilen 22 des Mehrschichtsubstrats 21 und des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10P, die sich auf der Seite des Gate-Treibers 2P befinden, von ihrem Verdrahtungswiderstand her geringer als Stromwege 1P2 zur Seite des Befestigungsteils 22, das sich auf der zum Gate-Treiber 2P entgegengesetzten Seite befindet. Daraus ergibt sich deshalb, dass sich der Großteil des Steuerstroms auf die Befestigungs teile 22 auf der Seite des Gate-Treibers 2P konzentriert. Eine solche Verdrahtungsstruktur macht die Zufuhr des Steuerstroms zum kreisförmigen Gate-Anschluss 10P und ein Abziehen des Rückwärtssteuerstroms aus dem kreisförmigen Gate-Anschluss 10P durch das Mehrschichtsubstrat 21 ungleichmäßig. Daraus ergibt sich, dass, falls dem kreisförmigen Gate-Anschluss 10P kein gleichmäßiger Steuerstrom zugeführt wird, ein gleichmäßiger Funktionsablauf jedes Segments im Halbleitersubstrat 4P beeinträchtigt ist und die zuvor erwähnte Anforderung nicht erfüllt werden kann. Solch ein Problem tritt nicht nur in der Einschaltzeit, sondern auch in der Abschaltezeit auf. 4 is a top view of the GCT device 1P that shows this problem typically, and this 4 shows the multilayer substrate 17P . 18P and 30P from 3 as a multilayer substrate 21 in an integrated way. That is, details of a longitudinal sectional view taken on a section line I-II in FIG 4 are related correspond 3 , and 4 only shows the installation state of the multi-layer substrate 21 and the circular gate terminal 10P in a typical way. Like in this one 4 are shown, IP1 current paths are part of fasteners 22 of the multilayer substrate 21 and the circular gate terminal 10P that are on the side of the gate driver 2P are lower in their wiring resistance than current paths 1P2 to the side of the fastening part 22 that is on the to the gate driver 2P located opposite side. It follows, therefore, that share the majority of the control current on the attachment 22 on the side of the gate driver 2P concentrated. Such a wiring structure makes the supply of the control current to the circular gate terminal 10P and subtracting the reverse control current from the circular gate terminal 10P through the multilayer substrate 21 uneven. It follows that if the circular gate terminal 10P no uniform control current is supplied, a uniform functional sequence of each segment in the semiconductor substrate 4P is impaired and the aforementioned requirement can not be met. Such a problem occurs not only in the turn-on time but also in the turn-off time.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 definiert und wurde vorgeschlagen, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, und sie zielt darauf ab, eine Druckkontakt-Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die gleichmäßige Funktionsabläufe von Bauteilen trotz einer Vergrößerung des Durchmessers eines Halbleitersubstrats durch Bereitstellen eines gleichmäßigen Steuerstroms erzielen kann, der einem Gate-Anschlussteil zugeführt werden kann, das aus einem Mehrschichtsubstrat, einem kreisförmigen Gate-Anschluss, einer Kreis-Gate-Elektrode und einer Gate-Elektrode gebildet ist.The present invention is defined in claim 1 and has been proposed around the aforementioned To solve problems, and it aims to provide a pressure-contact semiconductor device, the uniform functional sequences of components despite an increase in the Diameter of a semiconductor substrate by providing a uniform control current can be achieved, which are supplied to a gate connection part can be made of a multilayer substrate, a circular gate terminal, a circular gate electrode and a gate electrode is formed.

Nach der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist der Widerstand, der von der Funktion her als Widerstandselement wirkt, auf dem Weg angeordnet, der die Gate-Elektrode vom Mehrschichtsubstrat durch den kreisförmigen Gate-Anschluss und die Kreis-Gate-Elektrode her erreicht, wodurch ein Spannungsabfall im Widerstand größer wird, der sich in einem Teil befindet, an dem sich der Steuerstrom konzentriert, und der Steuerstrom kaum in dem Teil fließt, wenn kein gleichmäßiger Steuerstrom zugeführt wird, und der Steuerstrom in der Folge zu einem anderen Teil abgezweigt wird, wo die Menge des Steuerstroms gering ist. Deshalb ermöglicht es die vorliegende Erfindung, dem Halbleitersubstrat einen im Wesentlichen gleichmäßigen Steuerstrom zuzuleiten, und kann das Auftreten eines nicht gleichmäßigen Funktionsablaufs verhindern. Entsprechend kann die vorliegende Erfindung auch das Abziehen eines Rückwärtssteuerstroms gleichmäßig auslegen.To the semiconductor device of the present invention is the resistor, which functions as a resistance element, arranged on the way, the gate electrode from the multilayer substrate through the circular gate terminal and the Circuit gate arrives ago, causing a voltage drop in the Resistance gets bigger, which is located in a part where the control current concentrates, and the control current hardly flows in the part when no uniform control current supplied is diverted, and the control current in the sequence to another part becomes where the amount of control current is low. That's why it makes it possible the present invention, the semiconductor substrate substantially uniform control current and can cause the occurrence of a non-uniform functional sequence prevent. Accordingly, the present invention also the Subtracting a reverse control current evenly lay out.

Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung, welche die vorstehend erwähnten sowie auch andere mit einschließen, werden nun im Einzelnen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.Tasks, Features, aspects and advantages of the present invention which the aforementioned as well as others, will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist eine Längsschnittansicht, die ein Beispiel des Aufbaus einer Druckkontakt-Halbleitervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt. 1 Fig. 16 is a longitudinal sectional view showing an example of the structure of a pressure-contact type semiconductor device according to the present invention.

2 ist ein Diagramm, das Ergebnisse eines Versuchs zeigt, der zur Auswahl des spezifischen Widerstands eines kreisförmige Gate-Anschlusses nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde. 2 Fig. 12 is a diagram showing results of an experiment conducted to select the resistivity of a circular gate terminal according to the present invention.

3 ist eine Längsschnittansicht, die ein Beispiel des Aufbaus einer herkömmlichen Druckkontakt-Halbleitervorrichtung zeigt. 3 Fig. 16 is a longitudinal sectional view showing an example of the structure of a conventional pressure-contact semiconductor device.

4 ist eine Draufsicht, um schematisch Probleme bei der herkömmlichen Druckkontakt-Halbleitervorrichtung zu zeigen. 4 Fig. 10 is a plan view to schematically show problems in the conventional pressure-contact semiconductor device.

Beste Arten und Weisen zur Umsetzung der ErfindungBest ways to implement the invention

(Ausführungsform 1)(embodiment 1)

1 ist eine Längsschnittansicht, die den Aufbau einer GCT-Vorrichtung 1 zeigt, die ein Beispiel einer Druckkontakt-Halbleitervorrichtung nach dieser Ausführungsform einschließlich eines externen Gate-Treibers 2 zeigt. Da jedoch die GCT-Vorrichtung 1 in Bezug auf eine Mittelachse CA einen seitlich symmetrischen Aufbau hat, ist nur der Aufbau von einer Seite von ihr in 1 gezeigt. Der in 1 gezeigte Aufbau entspricht einer Längsschnittansicht, die auf eine in 4 gezeigte Schnittlinie I-II bezogen ist. 1 is a longitudinal sectional view showing the structure of a GCT device 1 Fig. 13 shows an example of a pressure-contact type semiconductor device according to this embodiment including an external gate driver 2 shows. However, since the GCT device 1 with respect to a central axis CA has a laterally symmetrical structure, only the construction of one side of it is in 1 shown. The in 1 The construction shown corresponds to a longitudinal sectional view, which points to an in 4 shown section line I-II is related.

Jedes Bezugszeichen in 1 bezeichnet jeweils das folgende Bauteil: Und zwar ist 2 der Gate-Treiber zum Regeln/Steuern der GCT-Vorrichtung 1, und 3 ist eine Stapelelektrode, welche die GCT-Vorrichtung 1 mit Druck beaufschlagt sowie einen Strom abzieht. 4 ist ein Halbleitersubstrat (Wafer) mit einem pnpn-Aufbau, auf dem Tausende von Segmenten konzentrisch parallel angeordnet sind, und eine Gate-Elektrode 4a aus Aluminium, die am äußersten Umfangsabschnitt dieses Substrats elektrisch mit einer Gate-Elektrodenzone in Kontakt kommt, ist am äußersten Umfangsabschnitt ihrer ersten Hauptfläche oder der Fläche in Form eines Rings ausgebildet, während mehrere Kathodenelektroden 4b auf der ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 4 konzentrisch ausgebildet sind, die sich einwärts jenseits der Gate-Elektrode 4a befindet.Each reference number in 1 designated each of the following component: And that is 2 the gate driver for controlling the GCT device 1 , and 3 is a stack electrode containing the GCT device 1 pressurized and draws off a stream. 4 is a semiconductor substrate (wafer) having a pnpn structure on which thousands of segments are concentrically arranged in parallel, and a gate electrode 4a Aluminum, which electrically contacts a gate electrode region at the outermost peripheral portion of this substrate, is formed at the outermost peripheral portion of its first major surface or the surface in the form of a ring, while a plurality of cathode electrodes 4b on the first main surface of the semiconductor substrate 4 are formed concentrically, which inwardly beyond the gate electrode 4a located.

5 und 6 sind eine Kathodenverzerrungsdämpfungsplatte bzw. eine Kathodennachelektrode, die aufeinanderfolgend auf die Kathodenelektroden 4b des Halbleitersubstrats 4 aufgesetzt sind, eine nicht dargestellte Anodenelektrode ist vollständig auf einer zweiten Hauptfläche (einer der ersten Hauptfläche entgegengesetzten Fläche) ausgebildet, die der Rückseite des Halbleitersubstrats 4 entspricht, und eine Anodenverzerrungsdämpfungsplatte 7 und eine Anodennachelektrode 8 sind aufeinanderfolgend auf diese Anodenelektrode aufgesetzt. 5 and 6 are a cathode distortion attenuation plate and a cathode etching electrode, respectively, successively on the cathode electrodes 4b of the semiconductor substrate 4 An anode electrode, not shown, is formed entirely on a second major surface (opposite surface to the first major surface), that of the rear side of the semiconductor substrate 4 corresponds, and an anode distortion attenuation plate 7 and an anode electrode 8th are successively placed on this anode electrode.

9 ist eine Kreis-Gate-Elektrode, deren erste Fläche (Unterseite) mit der Gate-Elektrode 4a des Halbleitersubstrats 4 in Flächenkontakt kommt, während 10 ein ringförmiger, aus einer Metallplatte gebildeter Gate-Anschluss ist, und ein innerer umfangsseitiger Endabschnitt seines Innenumfangsflächenteils 10I verschiebbar auf einer zweiten Fläche (Oberseite, die der zuvor erwähnten ersten Fläche entgegengesetzt ist) der Kreis-Gate-Elektrode 9 angeordnet ist. Darüber hinaus drückt ein elastischer Körper 11 wie etwa eine Tellerfeder oder eine gewellte Feder die Kreis-Gate-Elektrode 9 durch einen ringförmigen Isolator 12 zusammen mit dem zuvor erwähnten Endabschnitt des Innenumfangsflächentells 10I des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 gegen die Gate-Elekrode 4a. Aufgrund dieses Andrückens werden die Gate-Elektrode 4a, die Kreis-Gate-Elektrode 9 und der kreisförmige Gate-Anschluss 10 elektrisch miteinander verbunden. Darüber hinaus ist 13 eine Isolierschicht, um die Kreis-Gate-Elektrode 9 von der entgegengesetzten Kathodenverzerrungsdämpfungsplatte 5 und der Kathodennachelektrode 6 zu isolieren. Der kreisförmige Gate-Anschluss 10 ist darüber hinaus durch ein Zwischenteil oder feststehendes Teil 10F und, zusätzlich zu dem zuvor erwähnten Innenumfangsflächenteil 10I, durch ein Außenumfangsflächenteil 10O gebildet, und ein gebogenes Teil 10d ist auf einem nicht in Flächenkontakt mit der Kreis-Gate-Elektrode 9 stehenden Abschnitt im Innenumfangs flächenteil 10I vorgesehen, während ein gebogenes Teil 10a auch auf einem Zwischenabschnitt des Außenumfangsflächenteils 10O ausgebildet ist. 9 is a circular gate electrode whose first surface (bottom) is connected to the gate electrode 4a of the semiconductor substrate 4 comes into surface contact while 10 is an annular gate formed of a metal plate, and an inner peripheral end portion of its inner peripheral surface portion 10I slidable on a second surface (upper surface opposite to the aforementioned first surface) of the circular gate electrode 9 is arranged. In addition, an elastic body pushes 11 such as a diaphragm spring or a corrugated spring, the circular gate electrode 9 through an annular insulator 12 together with the aforementioned end portion of the inner peripheral surface panel 10I of the circular gate terminal 10 against the gate electrode 4a , Due to this pressing, the gate electrode becomes 4a , the circular gate electrode 9 and the circular gate terminal 10 electrically connected to each other. In addition, it is 13 an insulating layer around the circular gate electrode 9 from the opposite cathode distortion attenuation plate 5 and the cathode electrode 6 to isolate. The circular gate connection 10 is also by an intermediate part or fixed part 10F and, in addition to the aforementioned inner peripheral surface part 10I through an outer peripheral surface part 10O formed, and a bent part 10d is not in surface contact with the circular gate electrode 9 standing section in the inner circumference surface part 10I provided while a bent part 10a also on an intermediate portion of the outer peripheral surface part 10O is trained.

Andererseits ist 14 eine aus Keramik (z. B. Aluminiumoxid) bestehende Isolatorröhre, die durch das Zwischenteil 10F des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 vertikal unterteilt ist, ein Vorsprungsteil 14a auf ihrem außenumfangsseitigen Flächeabschnitt besitzt und die Hauptteile 4, 5, 7, 9, 10, 11 und 12 in der Röhre einschließt. Das feststehende Teil 10F des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 und die Isolatorröhre 14 sind durch Anlöten luftdicht aneinander befestigt. In einem Teil des Außenumfangsflächenteils 10O des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10, der vom außenumfangsseitigen Flächenabschnitt der Isolatorröhre 14 nach außen gezogen ist, die etwas näher an der Seite des Innenumfangsabschnitts ist als ihr Außenumfangsende, sind mehrere Befestigungsöffnungen 10b in vorbestimmten Abständen zur Umfangsrichtung hin vorgesehen, um diesen kreisförmigen Gate-Anschluss 10 an den Gate-Treiber 2 anzuschließen. 2, die eine Draufsichtsansicht des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 ist, zeigt diesen Punkt. Darüber hinaus sind ein Endteil 14b1 eines ersten L-förmigen Abschnitts, der so gebogen ist, dass er von einer Oberseite der Isolatorröhre 14 nach außen vorsteht, und ein Endabschnitt eines ringförmigen ersten Flanschs 15 durch Lichtbogenschweißen luftdicht befestigt, und ein Endteil 14b2 eines zweiten L-förmigen Abschnitts, der von der Unterseite der Isolatorröhre 14 vorsteht, und ein Endabschnitt eines zweiten Flanschs 16 sind auch auf ähnliche Weise luftdicht durch Lichtbogenschweißen befestigt. Andere Endabschnitte des ersten und zweiten Flanschs 15 und 16 sind an Teilen von gekerbten Einschnitten der Kathodennachelektrode 6 bzw. der Anodennachelektrode 8 befestigt. Somit befindet sich die GCT-Vorrichtung 1 in einer nach außen hin geschlossenen Struktur. Dieses Innere ist mit Inertgas gefüllt.On the other hand 14 an insulator tube made of ceramic (eg alumina), passing through the intermediate part 10F of the circular gate terminal 10 is divided vertically, a projection part 14a has on its outer peripheral side surface portion and the main parts 4 . 5 . 7 . 9 . 10 . 11 and 12 in the tube. The fixed part 10F of the circular gate terminal 10 and the insulator tube 14 are attached by soldering airtight to each other. In a part of the outer peripheral surface part 10O of the circular gate terminal 10 from the outer peripheral side surface portion of the insulator tube 14 pulled outward, which is slightly closer to the side of the inner peripheral portion than its outer peripheral end, are a plurality of fastening openings 10b provided at predetermined intervals to the circumferential direction, around this circular gate terminal 10 to the gate driver 2 to join. 2 , which is a plan view of the circular gate terminal 10 is, shows this point. In addition, an end part 14b1 a first L-shaped portion bent so as to be from a top of the insulator tube 14 protrudes outwardly, and an end portion of an annular first flange 15 Airtightly fixed by arc welding, and an end part 14b2 a second L-shaped portion extending from the bottom of the insulator tube 14 protrudes, and an end portion of a second flange 16 are also hermetically fixed by arc welding in a similar manner. Other end portions of the first and second flanges 15 and 16 are at portions of notched cuts of the cathode niche electrode 6 or the anode anode electrode 8th attached. Thus, the GCT device is located 1 in an externally closed structure. This interior is filled with inert gas.

Darüber hinaus ist 17 eine plattenförmige Steuerelektrode, die durch eine ringförmige Metallplatte gebildet und konzentrisch mit dem kreisförmigen Gate-Anschluss 10 angeordnet ist und durch die Stapelelektrode 3 in Druckkontakt mit der Kathodennachelektrode 6 gebracht wird. Eine plattenförmige Steuer-Gate-Elektrode 18, die durch eine ringförmige Metallplatte gebildet ist, ist ähnlich wie die plattenförmige Steuerelektrode 17 konzentrisch mit dem kreisförmigen Gate-Anschluss 10 angeordnet und in ihrem innenumfangsseitigen Endabschnitt elektrisch mit dem außenumfangsseitigen Endabschnitt des Außenumfangsflächenteils 10O des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 verbunden. Beide Elektroden 17 und 18 schließen das Isoliersubstrat 30 sandwichartig zwischen sich ein. Der Anschluss der beiden Elektroden 17 und 18 und der GCT-Vorrichtung 1 erfolgt durch die folgenden Teile 19 und 20: Und zwar ist 19 eine Isolierhülse, um den kreisförmigen Gate-Anschluss 10 und die plattenförmige Steuer-Gate-Elektrode 18 von der plattenförmigen Steuerelektrode 17 zu isolieren, 20 ist ein Verbindungsteil, das aus einem Steckbolzen, einer Mutter u. dgl. besteht, um den kreisförmigen Gate-Anschluss 10 und die plattenförmige Steuer-Gate-Elektrode 18 zwischen der plattenförmigen Steuerelektrode 17 und der plattenförmigen Steuer-Gate-Elektrode 18 durch die Isolierhülse 19 elektrisch miteinander zu verbinden, und die Mutter im Verbindungsteil 20 erstreckt sich durch eine Befestigungsöffnung, die in der plattenförmigen Steuer-Gate-Elektrode 18 in Übereinstimmung mit der Befestigungsöffnung 10b vorgesehen ist. Die plattenförmige Steuerelektrode 17 und die plattenförmige Steuer-Gate-Elektrode 18 sind jeweils direkt an den Gate-Treiber 2 angeschlossen. Somit bilden die beiden Elektroden 17 und 18 und das Isoliersubstrat 30 eine Mehrschichtstruktur. Insbesondere handelt es sich bei der plattenförmigen Steuerelektrode 18 um ein solches Mehrschichtsubstrat, von dem eine Seite mit dem außenumfangsseitigen Endabschnitt des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 in Kontakt kommt, während seine andere Seite bis zum externen Gate-Treiber (dem externen Verknüpfungsglied) 2 verlängert ist.In addition, it is 17 a plate-shaped control electrode formed by an annular metal plate and concentric with the circular gate terminal 10 is arranged and through the stack electrode 3 in pressure contact with the cathode electrode 6 is brought. A plate-shaped control gate electrode 18 formed by an annular metal plate is similar to the plate-shaped control electrode 17 concentric with the circular gate connection 10 disposed and electrically in its inner peripheral end portion with the outer peripheral side end portion of the outer peripheral surface portion 10O of the circular gate terminal 10 connected. Both electrodes 17 and 18 close the insulating substrate 30 sandwiched between them. The connection of the two electrodes 17 and 18 and the GCT device 1 is done by the following parts 19 and 20 : And that is 19 an insulating sleeve around the circular Gate terminal 10 and the plate-shaped control gate electrode 18 from the plate-shaped control electrode 17 isolate, 20 is a connecting part, which consists of a socket pin, a nut u. Like. To the circular gate terminal 10 and the plate-shaped control gate electrode 18 between the plate-shaped control electrode 17 and the plate-shaped control gate electrode 18 through the insulating sleeve 19 electrically connect with each other, and the nut in the connection part 20 extends through a mounting hole formed in the plate-shaped control gate electrode 18 in accordance with the mounting hole 10b is provided. The plate-shaped control electrode 17 and the plate-shaped control gate electrode 18 are each directly to the gate driver 2 connected. Thus, the two electrodes form 17 and 18 and the insulating substrate 30 a multi-layered structure. In particular, the plate-shaped control electrode 18 such a multi-layer substrate, one side of which is connected to the outer peripheral side end portion of the circular gate terminal 10 comes into contact while its other side to the external gate driver (the external gate) 2 is extended.

In dem vorstehend erwähnten Aufbau bilden die Gate-Elektrode 4a, die Kreis-Gate-Elektrode 9, der kreisförmige Gate-Anschluss 10 und das Mehrschichtsubstrat 18 einen Stromweg, um in einer Einschaltzeit einen Steuerstrom ausgehend vom Gate-Treiber 2 zur Gate-Elektrodenzone des Halbleitersubstrats zuzuführen, während in einer Abschaltezeit ein Rückwärtssteuerstrom aus der Gate-Elektrodenzone abgezogen und dieser Strom in den Gate-Treiber 2 eingespeist wird, und die vorstehend erwähnten Teile 4a, 9, 10 und 18, die diesen Weg bilden, werden hier allgemein als "Gate-Anschlussteil" bezeichnet.In the above-mentioned structure, the gate electrode is formed 4a , the circular gate electrode 9 , the circular gate connector 10 and the multi-layer substrate 18 a current path to drive current in a turn-on time from the gate driver 2 to the gate electrode zone of the semiconductor substrate, while in a turn-off time, a reverse control current drawn from the gate electrode zone and this current in the gate driver 2 is fed, and the above-mentioned parts 4a . 9 . 10 and 18 that form this path are commonly referred to herein as the "gate connector".

Ein Punkt, in dem sich diese GCT-Vorrichtung 1 von der herkömmlichen GCT-Vorrichtung unterscheidet, ist, dass das vorstehend erwähnte Gate-Anschlussteil so ausgelegt ist, dass der Steuerstrom der Gate-Elektrodenzone des Halbleitersubstrats 4 gleichmäßig zugeführt werden kann, und der Rückwärtssteuerstrom gleichmäßig aus der Gate-Elektro denzone abgezogen werden kann. Das heißt, das Gate-Anschlussteil ist dazu ausgelegt, als Widerstand zu fungieren, dessen spezifischer Widerstand gleich 0,1 mΩ·cm oder darüber beträgt. Mit anderen Worten umfasst das Gate-Anschlussteil ein Widerstandselement mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 0,1 mΩ·cm. Hier ist ein ringförmiger Gate-Anschluss 113 mit einem ringförmigen Körper aus einem Metallmaterial (einer Legierung) mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 0,1 mΩ·cm als ein Beispiel zur Ausführung eines solchen Gate-Anschlussteils hergestellt.A point in which this GCT device 1 is different from the conventional GCT device, that the above-mentioned gate terminal part is designed so that the control current of the gate electrode zone of the semiconductor substrate 4 can be supplied uniformly, and the reverse control current can be uniformly deducted from the gate electro denzone. That is, the gate terminal is designed to function as a resistor whose resistivity is 0.1mΩ · cm or more. In other words, the gate connection part comprises a resistance element having a resistivity of at least 0.1 mΩ · cm. Here is an annular gate connection 113 with an annular body of a metal material (alloy) having a resistivity of at least 0.1 mΩ · cm as an example for making such a gate terminal.

Ein Funktionsprinzip bei der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung beruht auf dem folgenden Punkt: Und zwar, wenn ein Widerstand, der von der Funktion her als Widerstandselement wirkt, ausdrücklich in den Weg eingesetzt wird, der die Gate-Elektrode 4a vom Mehrschichtsubstrat 18 durch den kreisförmigen Gate-Anschluss 10 her erreicht, wird ein Spannungsabfall, der im Widerstand entsteht, der sich in einem Teil (zum Beispiel dem Befestigungsteil 22 auf der Seite des Stromwegs IP1 in 4) befindet, an dem sich der Steuerstrom konzentriert, größer als ein Spannungsabfall in einem anderen Teil, und der Steuerstrom fließt kaum in diesem Konzentrationsteil, und dies führt in der Folge dazu, dass der Steuerstrom zu einem anderen Teil abgezweigt wird, wo die Menge des Steuerstroms gering ist. Indem dieser Punkt genutzt wird, Ist es möglich, dem Halbleitersubstrat einen im Wesentlichen gleichmäßigen Steuerstrom zuzuleiten und nicht gleichmäßige Funktionsabläufe von GCT-Bauteilen auch dann zu verhindern, wenn eine Streuung durch den Einbauzustand des externen Verknüpfungsglied oder ein Strukturformproblem des externen Verknüpfungsglieds verursacht wird. Dieser Punkt trifft auch entsprechend zu, was das Abziehen des Rückwärtssteuerstroms betrifft.A principle of operation in the semiconductor device of the present invention is based on the following point: Namely, when a resistor which functionally functions as a resistance element is expressly inserted in the path connecting the gate electrode 4a from the multilayer substrate 18 through the circular gate connection 10 is reached, a voltage drop, which arises in the resistance, which is in a part (for example, the attachment part 22 on the side of the power path IP1 in 4 ), at which the control current concentrates, is greater than a voltage drop in another part, and the control current hardly flows in this concentration part, and as a result, the control current is diverted to another part where the amount of the Control current is low. By taking advantage of this point, it is possible to supply a substantially uniform control current to the semiconductor substrate and to prevent non-uniform operations of GCT components even when scattering is caused by the built-in state of the external gate or a structural problem of the external gate. This point also applies accordingly as far as the subtraction of the reverse control current is concerned.

Von einem solchen Standpunkt aus verwendet der Erfinder den kreisförmigen Gate-Anschluss 10 ausdrücklich als einen Widerstand, der von der Funktion her als Widerstandselement wirkt. Durch einen Versuch wurde geprüft, in welchem Ausmaß der spezifische Widerstand des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 zu regeln/steuern ist, damit der Anschluss 10 wirkungsvoll als Widerstand fungieren kann, um eine Konzentration des Steuerstroms zu verhindern. 2 zeigt die Ergebnisse.From such a standpoint, the inventor uses the circular gate terminal 10 expressly as a resistor that functions as a resistive element. It was tested to what extent the resistivity of the circular gate terminal was tested 10 to regulate / control is, so that the connection 10 can effectively act as a resistor to prevent concentration of the control current. 2 shows the results.

Der Punkt, auf den sich der in 2 gezeigte Versuch richtet, beruht auf Folgendem: Und zwar wird der Auslösewiderstand (der regel-/steuerbare Strom) verbessert, wenn die Funktionsabläufe der Bauteile gleichmäßig ausgelegt werden. In diesem Versuch wurde deshalb das Material für den kreisförmigen Gate-Anschluss 10 verändert, um seinen spezifischen Widerstand zu verändern, wodurch ein Einfluss des spezifischen Widerstands des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 auf den Auslösewiderstand (den regel-/steuerbaren Strom) untersucht wurde. Dabei wurden die Bedingungen eines Messschaltungssystem und des externen Verknüpfungsglieds festgelegt, um nur den Einfluss des spezifischen Widerstands des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 auf den Auslösewiderstand zu ermitteln. 2 zeigt Ergebnisse, die erhalten wurden, indem eine relative Auswertung unter der Annahme durchgeführt wurde, dass der Auslösewiderstand 1 beträgt, wenn der spezifische Widerstand des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 0,166 mΩ·cm beträgt.The point on which the in 2 is based on the following: In fact, the tripping resistance (the controllable / controllable current) is improved if the functional sequences of the components are designed uniformly. In this experiment, therefore, was the material for the circular gate connection 10 changed to change its resistivity, causing an influence of the resistivity of the circular gate terminal 10 was tested for the tripping resistance (the controllable current). In doing so, the conditions of a measurement circuit system and the external gate were determined to only influence the resistivity of the circular gate terminal 10 to determine the tripping resistance. 2 shows results obtained by performing a relative evaluation assuming that the tripping resistance 1 is when the resistivity of the circular gate terminal 10 0.166 mΩ · cm.

Wie aus 2 ersichtlich ist, wird klar, dass der kreisförmige Gate-Anschluss 10 ausreichend als Widerstand fungiert und eine Verbesserung des regel-/steuerbaren Stroms erzielt wird, wenn der spezifische Widerstand des kreisförmigen Gate-Anschlusses auf mindestens 0,1 mΩ·cm eingestellt wird. Das heißt, es ist vorstellbar, dass, wenn ein leitfähiges Material, dessen spezifischer Widerstand gleich 0,1 mΩ·cm oder mehr beträgt, als Material für den Anschluss 10 verwendet wird, sich der Widerstandswert im Gate-Anschlussteil, bei dem es sich um den Zufuhrweg für den Steuerstrom handelt, nicht durch den Verdrahtungswiderstand im Stromwegteil (oder dem Befestigungsteil) entscheidet, der den kreisförmigen Gate-Anschluss 10 vom Mehrschichtsubstrat 18 her durch das Befestigungsteil 22 (4) erreicht, sondern durch den Widerstandswert des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 bestimmt wird, und in der Folge der Steuerstrom gleichmäßig vom Mehrschichtsubstrat 18 her in den kreisförmigen Gate-Anschluss 10 fließt. Es wird davon ausgegangen, dass dies auch beim Abziehen des Rückwärtssteuerstroms zutrifft.How out 2 it can be seen that the circular gate connection 10 sufficiently acts as a resistor and an improvement of the controllable current is achieved when the specific resistance of the circular gate terminal is set to at least 0.1 mΩ · cm. That is, it is conceivable that, when a conductive material whose resistivity is 0.1 mΩ · cm or more, as the material for the terminal 10 is used, the resistance value in the gate connection part, which is the supply path for the control current, does not decide by the wiring resistance in the current path part (or the fixing part) connecting the circular gate terminal 10 from the multilayer substrate 18 through the fastening part 22 ( 4 ), but by the resistance of the circular gate terminal 10 is determined, and consequently the control current evenly from the multi-layer substrate 18 fro in the circular gate connection 10 flows. It is assumed that this also applies when subtracting the reverse control current.

Als Material, dessen spezifischer Widerstand mindestens 0,1 mΩ·cm beträgt, kann eine Ni-Cr-Fe-Legierung (spezifischer Widerstand z. B. 0,1030 mΩ·cm), eine Ni-Cr-Legierung (spezifischer Widerstand z. B. 0,1300 mΩ·cm), eine Fe-Cr-Al-Legierung (spezifischer Widerstand z. B. 0,1660 mΩ·cm) o. dgl. beispielhaft angeführt werden.When Material whose resistivity is at least 0.1 mΩ · cm can a Ni-Cr-Fe alloy (resistivity, for example, 0.1030 mΩ · cm), a Ni-Cr alloy (resistivity, for example, 0.1300 mΩ · cm), a Fe-Cr-Al alloy (resistivity eg 0.1660 mΩ · cm) o. Like. Listed by way of example become.

(Modifizierungen)(Modifications)

  • (a) Obwohl der kreisförmige Gate-Anschluss 10 selbst als Widerstand in der in Ausführungsform 1 gezeigten Druckkontakt-Halbleitervorrichtung aufgebaut wurde, wird auch eine gleichwertige Wirkung erzielt, wenn an seiner Stelle ausdrücklich die Gate-Elektrode 4a oder die Kreis-Gate-Elektrode 9 als Widerstand aufgebaut wird. In diesem Falle ist es vorzuziehen, den spezifischen Widerstand der Gate-Elektrode 4a oder der Kreis-Gate-Elektrode 9, ähnlich wie beim kreisförmigen Gate-Anschluss 10, auf mindestens 0,1 mΩ·cm einzustellen. Darüber hinaus können die Gate-Elektrode 4a und/oder die Kreis-Gate-Elektrode 9 auch ganz als Widerstand mit dem vorstehend erwähnten spezifischen Widerstand mit dem kreisförmigen Gate-Anschluss 10 aufgebaut werden. Das heißt, bei der Druckkontakt-Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung werden/wird der kreisförmige Gate-Anschluss, die Kreis-Gate-Elektrode und/oder die Gate-Elektrode als Widerstand mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 0,1 mΩ·cm aufgebaut.(a) Although the circular gate terminal 10 itself as a resistor in the embodiment 1 Also, an equivalent effect is achieved when expressly using the gate electrode in its place 4a or the circular gate electrode 9 as a resistance is built up. In this case, it is preferable to the specific resistance of the gate electrode 4a or the circular gate electrode 9 , similar to the circular gate connection 10 to set to at least 0.1 mΩ · cm. In addition, the gate electrode can 4a and / or the circular gate electrode 9 also as a resistor with the above-mentioned resistivity with the circular gate terminal 10 being constructed. That is, in the pressure-contact type semiconductor device of the present invention, the circular gate terminal, the circular gate electrode and / or the gate electrode are constructed as a resistor having a resistivity of at least 0.1 mΩ · cm.
  • (b) Darüber hinaus kann ein kreisförmiger Widerstand zwischen die Gate-Elektrode 4 und die Kreis-Gate-Elektrode 9 eingesetzt werden, oder es kann ein kreisförmiger Widerstand zwischen den kreisförmigen Gate-Anschluss 10 und die Kreis-Gate-Elektrode 9 eingesetzt werden, und auch in diesen Fällen wird eine gleichwertige Wirkung erzielt. Auch in diesen Fällen ist es vorzuziehen, den spezifischen Widerstand des kreisförmigen Widerstands, der eingesetzt werden soll, auf 0,1 mΩ·cm oder darüber einzustellen.(b) In addition, a circular resistance between the gate electrode 4 and the circular gate electrode 9 can be used, or there may be a circular resistor between the circular gate terminal 10 and the circular gate electrode 9 and in these cases an equivalent effect is achieved. Also in these cases, it is preferable to set the resistivity of the circular resistor to be used to 0.1 mΩ · cm or above.
  • (c) Darüber hinaus wird auch eine gleichwertige Wirkung erzielt, wenn der kreisförmige Gate-Anschluss 10, die Kreis-Gate-Elektrode 9 und/oder die Gate-Elektrode 4a mit einem Isolierfilm überzogen wird/werden. Auch in diesen Fällen ist es vorzuziehen, den spezifischen Widerstand des Widerstandsfilms auf 0,1 mΩ·cm oder darüber einzustellen.(c) In addition, an equivalent effect is obtained when the circular gate terminal 10 , the circular gate electrode 9 and / or the gate electrode 4a is coated with an insulating film / are. Also in these cases, it is preferable to set the resistivity of the resistive film to 0.1 mΩ · cm or above.
  • (d) Darüber hinaus wird auch eine gleichwertige Wirkung erzielt, wenn ein Widerstand zwischen dem äußeren umfangsseitigen Endabschluss des kreisförmigen Gate-Anschlusses 10 und dem Mehrschichtsubstrat 18 angeordnet wird. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass der Widerstand, der eingesetzt werden soll, ein kreisförmiger Widerstand mit einem spezifischen Widerstand von mindestens 0,1 mΩ·cm ist Insbesondere lässt sich der Gedanke, der hinter dieser Modifizierung (d) steckt, nicht nur auf den GCT-Thyristor von 1, sondern auch auf einen GTO-Thyristor mit einem zuleitungsdrahtförmigen Gate-Anschluss anwenden.(d) In addition, an equivalent effect is obtained when a resistance between the outer circumferential end of the circular gate terminal 10 and the multilayer substrate 18 is arranged. In this case, it is preferable that the resistor to be used is a circular resistor having a resistivity of at least 0.1 mΩ · cm. In particular, the idea behind this modification (d) is not exclusive to the GCT thyristor of 1 but also apply to a GTO thyristor with a lead wire gate connection.

Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail offenbart und beschrieben wurde, stellt die vorstehende Beschreibung einen anwendbaren Aspekt der vorliegenden Erfindung dar, und diese ist nicht darauf beschränkt. Das heißt, es ist möglich, zahlreiche Korrekturen und Modifizierungen für den beschriebenen Aspekt innerhalb eines Bereichs in Betracht zu ziehen, der vom Umfang der vorliegenden Erfindung nicht abweicht.Even though an embodiment the present invention has been disclosed and described in detail, The above description provides an applicable aspect of the This invention is not limited thereto. The is called, it is possible, numerous corrections and modifications for the described aspect within a range that is outside the scope of the present Invention does not deviate.

Industrielle AnwendbarkeitIndustrial applicability

Die Druckkontakt-Halbleitervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird in verschiedenen angewandten Vorrichtungen eingesetzt. In Bezug auf einen GCT-Thyristor, der eine Form der vorliegenden Erfindung ist, lässt sie sich beispielsweise als ein Strombauteil mit hoher Leistung in einer auf Strom angewandten Vorrichtung, wie etwa einem Blindstromgenerator (Static-Var-Generator), einer Rücken-an-Rücken-Vorrichtung, einem Frequenzwandler o. dgl. verwenden. Darüber hinaus ist es auch möglich, den GCT-Thyristor auf einen groß ausgelegten industriellen Wechselrichter wie etwa einer Eisen- und Stahlwalze anzuwenden.The Pressure contact semiconductor device according to the present invention is used in various applied devices. In relation to a GCT thyristor, which is one form of the present invention is, lets For example, they act as a high power power component in a power applied device, such as a reactive current generator (Static var generator), a back-to-back device, a frequency converter o. The like. Use. In addition, it is also possible the GCT thyristor on a large-scale industrial inverters such as an iron and steel roller.

Claims (7)

Druckkontakt-Halbleitervorrichtung (1), die Folgendes umfasst: ein scheibenförmiges Halbleitersubstrat (4) mit einer ersten und zweiten Hauptfläche und einer an einem äußersten Umfangsabschnitt angeordneten Gate-Elektrodenzone von einer der Hauptflächen; eine Gate-Anschlusseinrichtung mit einer Seite, die mit der Gate-Elektrodenzone in Kontakt kommt, wobei die Gate-Anschlusseinrichtung umfasst: eine ringförmige Gate-Elektrode (4a), die auf einer Fläche der Gate-Elektrodenzone ausgebildet ist, eine Kreis-Gate-Elektrode (9) mit einem ringförmigen Körper, der mit der Gate-Elektrode in Kontakt kommt, einen kreisförmigen Gate-Anschluss (10) mit einer ringförmigen Platte mit einem inneren umfangsseitigen Endabschnitt, der mit der Kreis-Gate-Elektrode in Kontakt kommt; dadurch gekennzeichnet, dass: der Gate-Anschluss (10) ein langgestrecktes äußeres Umfangsteil auf einer Seite des scheibenförmigen Halbleitersubstrats (4) besitzt; das langgestreckte Umfangsteil zum Anschluss an eine externe Einrichtung zur Zufuhr eines Gate-Stroms ausgelegt ist; und die Gate-Anschlusseinrichtung als Widerstand fungiert, dessen spezifischer Widerstand mindestens 0,1 mΩ·cm beträgt, um der Gate-Elektrodenzone den Gate-Strom gleichmäßig zuzuführen.Pressure contact semiconductor device ( 1 ), comprising: a disk-shaped semiconductor substrate ( 4 ) with a first and second major surfaces and a gate electrode zone disposed at an outermost peripheral portion of one of the major surfaces; a gate terminal device having a side that comes into contact with the gate electrode zone, the gate terminal device comprising: an annular gate electrode ( 4a ) formed on one surface of the gate electrode region, a circular gate electrode (FIG. 9 ) having an annular body which comes into contact with the gate electrode, a circular gate terminal ( 10 ) having an annular plate with an inner peripheral end portion which comes into contact with the circular gate electrode; characterized in that: the gate terminal ( 10 ) an elongated outer peripheral part on one side of the disc-shaped semiconductor substrate ( 4 ); the elongated peripheral portion is adapted for connection to an external device for supplying a gate current; and the gate terminal functions as a resistance whose resistivity is at least 0.1mΩ · cm to uniformly supply the gate current to the gate current. Druckkontakt-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gate-Anschlusseinrichtung darüber hinaus umfasst: ein Mehrschichtsubstrat (18) mit einer Seite, die mit einem äußeren umfangsseitigen Endabschnitt des kreisförmigen Gate-Anschlusses in Kontakt kommt, und einer anderen Seite, die bis zum äußeren Teil verlängert ist.The pressure-contact semiconductor device according to claim 1, wherein the gate terminal further comprises: a multi-layer substrate ( 18 ) having a side which comes into contact with an outer peripheral end portion of the circular gate terminal and another side extended to the outer portion. Druckkontakt-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der kreisförmige Gate-Anschluss, die Kreis-Gate-Elektrode und/oder die Gate-Elektrode ein Widerstand sind/ist, der einen spezifischen Widerstand von mindestens 0,1 mΩ·cm hat.A pressure contact semiconductor device according to claim 2, where the circular Gate terminal, the circular gate electrode and / or the gate electrode a resistance is / is having a specific resistance of at least 0.1 mΩ · cm. Druckkontakt-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Gate-Anschlusseinrichtung darüber hinaus umfasst: einen kreisförmigen Widerstand, der zwischen dem kreisförmigen Gate-Anschluss und der Kreis-Gate-Elektrode angeordnet ist.Pressure contact semiconductor device according to one of claims 2 or 3, wherein the gate terminal device beyond includes: a circular one Resistor connected between the circular gate terminal and the circular gate electrode is arranged. Druckkontakt-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Gate-Anschlusseinrichtung darüber hinaus umfasst: einen kreisförmigen Widerstand, der zwischen der Gate-Elektrode und der Kreis-Gate-Elektrode angeordnet ist.Pressure contact semiconductor device according to one of claims 2 to 4, wherein the gate terminal further comprises: one circular Resistor disposed between the gate electrode and the circular gate electrode is. Druckkontakt-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Gate-Anschlusseinrichtung darüber hinaus umfasst: einen Widerstand, der zwischen dem äußeren umfangsseitigen Endabschnitt des kreisförmigen Gate-Anschlusses und einem Teil des Mehrschichtsubstrats angeordnet ist, der mit dem äußeren umfangsseitigen Endabschnitt in Kontakt kommt.Pressure contact semiconductor device according to one of claims 2 to 5, wherein the gate terminal further comprises: one Resistance between the outer circumferential End portion of the circular gate terminal and a part of the multi-layer substrate is arranged with the outer circumferential End section comes into contact. Druckkontakt-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der kreisförmige Gate-Anschluss, die kreisförmige Gate-Elektrode und/oder die Gate-Elektrode mit einem Widerstandsfilm überzogen sind/ist.Pressure contact semiconductor device according to one of claims 2 to 6, wherein the circular gate terminal, the circular one Gate electrode and / or the gate electrode covered with a resistance film are / is.
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